测距方法、装置、系统、智能设备和计算机可读存储介质

技术领域

本发明实施方式涉及距离测量技术领域，更具体地，涉及测距方法、装置、系统、智能设备和计算机可读存储介质。

背景技术

从基于位置的服务(Location Based Service，LBS)到万物互联，移动互联网已经牢牢紧抓了人与场景之间的交互，将衣、食、住、行带入线上线下服务，为大众带来了便利。但是，目前的定位技术在智能硬件上的应用，大多试图获得智能硬件所处的绝对位置，然后与数字地图进行比较，从而确定智能硬件的位置。但从实际应用来说，人与人之间相对位置的定位，相较于绝对位置更具有价值和实用意义。因为，绝对位置只能识别到具体的人和物之间的关系，获取的难度和速度也相对略慢一些。然而对于很多情况下不依赖于绝对位置的用户来说，相对位置的交互已经满足了业务需求，比如在智能家居领域，随着用户的位置变化来智能调节声音的大小和方向，用户和智能音箱的相对定位即可满足需求，这无疑是一大契机。

目前，关于智能设备间的相对定位，室外一般采用GNSS全球卫星定位系统，而室内有UWB技术、红外技术、WiFi技术、蓝牙技术，等等。

然而，GNSS全球卫星定位系统定位精度低，尤其在室内几乎无法使用。WiFi技术和蓝牙技术判断智能设备的相对位置不准确，而且还需要反复试验与对照实际距离以来得与蓝牙设备相隔一米时的信号强度和环境衰减因子，因此并不可靠。红外技术和激光技术易受环境光干扰，同样不可靠。UWB技术要求智能设备必须搭载UWB的定位芯片配件，不具备普适性。

发明内容

本发明实施方式提出一种测距方法、装置、系统、智能设备和计算机可读存储介质。

本发明实施方式的技术方案如下：

一种测距方法，该方法适用于第一设备，该方法包括：

发送第一声波定位信号；

接收所述第一声波定位信号；

接收包含第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到所述第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息，其中所述第二声波定位信号是所述第二设备发送的；

接收所述第二声波定位信号；

确定所述第一设备接收到所述第二声波定位信号的第三时刻与所述第一设备接收到所述第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差；

基于所述第一时间差和第二时间差，确定所述第一设备与所述第二设备之间的距离。

在一个实施方式中，还包括：

在所述发送第一声波定位信号之前，发送测距开始信号并启动第一设备的声波录音功能，从而由所述第二设备在接收到所述测距开始信号时启动第二设备的声波录音功能。

在一个实施方式中，还包括：

基于第二设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第二设备接收到第二声波定位信号的采样点与第二设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第二设备接收到所述第一声波定位信号的采样点的点数差以及预定的采样频率，确定所述第一时间差；

基于第一设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第一设备接收到第二声波定位信号的采样点与第一设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第一设备接收到所述第一声波定位信号的采样点的点数差以及预定的采样频率，确定所述第二时间差。

在一个实施方式中，其中所述第二声波定位信号是第二设备接收到所述第一声波定位信号后发送的；或

所述第二声波定位信号是第二设备在预定时间点发送的。

在一个实施方式中，所述基于第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离包括：

确定所述距离D，其中

一种测距装置，该装置包含于第一设备，该装置包括：

发送模块，用于发送第一声波定位信号；

接收模块，用于接收所述第一声波定位信号；接收包含第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到所述第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息，其中所述第二声波定位信号是所述第二设备发送的；接收所述第二声波定位信号；

确定模块，用于确定第一设备接收到所述第二声波定位信号的第三时刻与第一设备接收到所述第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差；基于所述第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离。

在一个实施方式中，发送模块，还用于在发送第一声波定位信号之前，发送测距开始信号并启动第一设备的声波录音功能，从而由所述第二设备在接收到所述测距开始信号时启动第二设备的声波录音功能；和/或

确定模块，用于确定所述距离D，其中

一种测距系统，包括：

第一设备，用于发送第一声波定位信号，接收所述第一声波定位信号；

第二设备，用于接收所述第一声波定位信号，发送第二声波定位信号，接收所述第二声波定位信号，向第一设备发送包括第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息；

其中所述第一设备，还用于接收所述第二声波定位信号，确定第一设备接收到所述第二声波定位信号的第三时刻与第一设备接收到所述第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差，基于所述第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离。

一种智能设备，包括处理器和存储器；

所述存储器中存储有可被所述处理器执行的应用程序，用于使得所述处理器执行如上任一项所述的测距方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的测距方法。

从上述技术方案可以看出，在本发明实施方式中，：发送第一声波定位信号；接收第一声波定位信号；接收包含第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息，其中第二声波定位信号是所述第二设备发送的；接收第二声波定位信号；确定第一设备接收到第二声波定位信号的第三时刻与第一设备接收到第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差；基于第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离。因此，本发明提出了一种智能设备间静态测距方法，基于飞行时间的双向测距技术免时间同步实现距离测定。本发明在整个定位过程中无需对各设备之间的时钟进行同步过程，无论时钟是否精确、设备反应时间是否有差别等，都由于差值而被滤去，因而相对于具有同步过程的定位方式而言定位精度更准确。

而且，考虑到智能设备一般带有的声波接收器(如麦克风)和声波发射器(如扬声器)，无需额外添加元器件，即可实现在两个设备间的距离测定。

附图说明

图1为本发明智能设备间的测距方法的示范性流程图。

图2为本发明智能设备间的测距过程的示范性交互示意图。

图3为本发明设备智能设备接收信号的示意图。

图4为智能设备间的测距装置的示范性结构图。

图5为智能设备间的测距系统的示范性结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

在本发明实施方式中，实现一种基于飞行时间(time of flight，TOF)的双向测距技术，免时间同步，应用智能设备一般带有的声波接收器(如麦克风)和声波发射器(如扬声器)，无需额外添加元器件，实现在两个相对静止(或者相对运动速度小于5m/s)智能设备间的距离测定。

而且，在本发明实施方式中，可以利用智能设备的麦克风录音系统，精确计算设备的响应时间。并增加智能设备的应答机制，通过蓝牙，红外线或WiFi、移动通信网络、或者直接声波调制的方式，被定位设备将信号处理时间发送给定位设备，因此可以提高定位精度，定位结果准确、可靠。另外，本发明在整个定位过程中无需对各设备之间的时钟进行同步过程，因而无论两个设备的时钟标记(时间戳)是否精确同步、设备软件处理反应时间是否有差别等，都由于本发明提出的计算方法而被消除，因而可以达到同步时钟系统(或者收发一体系统)所能获得的定位精度。

首先，智能设备(intelligent device)是指任何一种具有计算处理能力的设备、器械或者机器。具体地，智能设备可以包含声波发射模块、声波接收模块以及信号处理模块，比如实施为智能手机、平板电脑、智能手表、智能电视等等，均可用于发射和接收声波定位信号。

图1为本发明智能设备间的测距方法的示范性流程图。该方法适用于第一设备。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：发送第一声波定位信号。

步骤102：接收所述第一声波定位信号。

步骤103：接收包含第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到所述第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息，其中所述第二声波定位信号是所述第二设备发送的。

步骤104：接收所述第二声波定位信号。

步骤105：确定所述第一设备接收到所述第二声波定位信号的第三时刻与所述第一设备接收到所述第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差。

步骤106：基于所述第一时间差和第二时间差，确定所述第一设备与所述第二设备之间的距离。

其中，第一声波定位信号和第二声波定位信号优选实施为超声波信号。

在一个实施方式中，在步骤101发送第一声波定位信号之前，发送测距开始信号并启动第一设备的声波录音功能，从而由所述第二设备在接收到所述测距开始信号时启动第二设备的声波录音功能。

在一个实施方式中，还包括：基于第二设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第二设备接收到第二声波定位信号的采样点与第二设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第二设备接收到所述第一声波定位信号的采样点的点数差以及预定的采样频率，确定所述第一时间差。

在一个实施方式中，还包括：基于第一设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第一设备接收到第二声波定位信号的采样点与第一设备的声波录音功能所生成的录音文件中的、第一设备接收到所述第一声波定位信号的采样点的点数差以及预定的采样频率，确定所述第二时间差。

其中，第一设备的采样频率与第二设备的采样频率，可以相同也可以不同。

在一个实施方式中，其中所述第二声波定位信号是第二设备接收到所述第一声波定位信号后发送的。在一个实施方式中，第二声波定位信号是第二设备在预定时间点发送的。

当第二声波定位信号是第二设备接收到所述第一声波定位信号后发送的，第一时间差为正值。当第二设备发送第二声波定位信号的预定时间点在第二设备接收到第一声波定位信号之前，则第一时间差为负值。类似地，当第一设备接收到第二声波定位信号前，已经接收到第一声波定位信号，则第二时间差为正值；当第一设备接收到第二声波定位信号后，才接收到第一声波定位信号，则第二时间差为负值。

在一个实施方式中，所述基于第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离包括：

确定所述距离D，其中

下面对本发明进行示范性说明。

图2为本发明智能设备间的测距过程的示范性交互示意图。

基于图2所示流程，可以实现第一设备与第二设备之间的测距。其中，第一设备和第二设备分别包含声波发射模块、声波接收模块以及信号处理模块。第一设备和第二设备均优选为智能设备，比如可以实施为智能手机、平板电脑、智能手表、智能电视等等。

具体地，声波发射模块可以包括扬声器，用于发射声波定位信号，该信号包含智能设备的唯一标识符(比如MAC地址等)，为基于CDMA码分多址技术架构的信号。优选的，第一设备和第二设备可以分别发出不同频率载波的编码脉冲，比如第一声波定位信号的频率为20kHz，第二声波定位信号的频率为22kHz，以提高系统的抗干扰能力。声波接收模块可以包括麦克风、录音单元，用于接收声波定位信号、并准确记录信号到达时刻。

第一步：设定录音时长t

第二步：第一设备通过无线电、蓝牙、Wifi、移动通信网络、声波(声波编码数据交互通讯)等通信方式向第二设备发送开始测距信号，发送时刻记为T

第三步：第二设备接收第一设备发送的开始测距信号，记为T

第四步：第一设备发射第一声波定位信号，第一声波定位信号包含第一设备的唯一标识符(比如MAC地址等)。第一声波定位信号具有用于标记信号时刻的特征脉冲峰(通常在100us以下的脉冲宽度)。而且，第一声波定位信号被第一设备的声波接收模块录音到，第一设备的信号处理模块解算出对应的相关脉冲峰位置，标记为T

第五步：第二设备接收第一声波定位信号，第二设备的信号处理模块解算出第一声波定位信号的唯一标识符以及相关特征脉冲峰位置，标记为T

第六步：第二设备发射第二声波定位信号，第二声波定位信号包含第二设备的唯一标识符(比如MAC地址等)。第二声波定位信号具有用于标记信号时刻的特征脉冲峰(通常在100us以下的脉冲宽度)。而且，第二声波定位信号被第二设备的声波接收模块录音到。第二设备的信号处理模块解算出第二声波定位信号的相关特征脉冲峰位置，标记为T

第七步：第一设备接收第二声波定位信号，以及接收第二设备的信号收发时间差值(T

第八步：第一设备和第二设备的预定录音时长结束，结束时刻分别记为T

第九步：第一设备计算其与第二设备之间的距离D。具体包括：首先计算信号飞行时间TOF＝(T

在整个定位过程中，存在可能的变量(T

需要注意的是，在一种实施例中，第二设备发射第二声波定位信号的T

图3为本发明设备智能设备接收信号的示意图。

如图3所示，在第一设备和第二设备的各自的信号处理模块解算信号时，都是选择检测到的第一个峰值(此为直达定位信号)的时刻，作为检测到声波信号的时刻，该相关峰位置对应的时刻分别为T

基于第二设备的录音文件解算出的采样点数差，计算出第二设备处的收发信号时间差。该数差记为N

基于第一设备的录音文件解算出的采样点数差，计算出第一设备处的收发信号时间差。该数差记为N

第一设备与第二设备的采样频率可以相同，也可以不同。

因此：第一设备与第二设备间的信号飞行时间TOF：

第一设备与第二设备间的距离D：

下面举例描述。

假定第一设备(即定位设备)为手机A，第二设备(即被定位设备)为手机B，采样频率都是F

第一步：设置录音时间t

第二步：手机A通过蓝牙通信方式向手机B发送开始测距信号，此刻T

第三步：手机B接收到开始测距信号，记录T

第四步：手机A发射第一声波定位信号(频率为20kHz)，该第一声波定位信号包含手机A的唯一标识符(比如MAC地址等)。第一声波定位信号被手机A的麦克风录音到，手机A的信号处理模块解算出对应的相关峰位置，标记为T

第五步：手机B接收第一声波定位信号，手机B的信号处理模块解算出第一声波定位信号的唯一标识符以及相关峰位置，标记为T

第六步：手机B发射第二声波定位信号(频率为22kHz)，第二声波定位信号包含手机B的唯一标识符(，比如MAC地址等)。第二声波定位信号被手机B的麦克风录音到。手机B的信号处理模块解算出第二声波定位信号的相关峰位置，标记为T

第七步：手机A接收第二声波定位信号和手机B的信号收发时间差值(0.945s)。手机A的信号处理模块解算出第二声波定位信号的唯一标识符以及相关峰位置，标记为T

第八步：手机A和手机B预定录音时间结束，T

第九步：手机A计算其与被定位设备B之间的距离D。

TOF＝(T

本发明实施方式还公开了智能设备间的测距装置。

图4为智能设备间的测距装置的示范性结构图。如图4所示，该装置包括：

发送模块401，用于发送第一声波定位信号；

接收模块402，用于接收所述第一声波定位信号；接收包含第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到所述第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息，其中所述第二声波定位信号是所述第二设备发送的；接收所述第二声波定位信号；

确定模块403，用于确定第一设备接收到所述第二声波定位信号的第三时刻与第一设备接收到所述第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差；基于所述第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离。

在一个实施方式中，发送模块401，还用于在发送第一声波定位信号之前，发送测距开始信号并启动第一设备的声波录音功能，从而由所述第二设备在接收到所述测距开始信号时启动第二设备的声波录音功能。

在一个实施方式中，确定模块403，用于确定所述距离D，其中

在一个实施方式中，其中所述第二声波定位信号是第二设备接收到所述第一声波定位信号后发送的；或，所述第二声波定位信号是第二设备在预定时间点发送的。

本发明实施方式还提出了一种测距系统。

图5为智能设备间的测距系统的示范性结构图。测距系统包括：

第一设备，用于发送第一声波定位信号，接收所述第一声波定位信号；

第二设备，用于接收所述第一声波定位信号，发送第二声波定位信号，接收所述第二声波定位信号，向第一设备发送包括第二设备接收到第二声波定位信号的第一时刻与第二设备接收到第一声波定位信号的第二时刻之间的第一时间差的通知消息；其中所述第一设备，还用于接收所述第二声波定位信号，确定第一设备接收到所述第二声波定位信号的第三时刻与第一设备接收到所述第一声波定位信号的第四时刻之间的第二时间差，基于所述第一时间差和第二时间差，确定第一设备与第二设备之间的距离。

本发明实施方式还提出了一种智能设备，包括处理器和存储器；所述存储器中存储有可被所述处理器执行的应用程序，用于使得所述处理器执行如上任一项所述的测距方法。其中，智能设备可以实施为智能手机、智能音箱、平板电脑、智能手表、智能电视等等。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明上述各实施例中实现的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。